Auteur

FICHE 1
PRÉSENTATION




|Titre |« TEMPERATURE et couleur » |
|Type |Séance de TP guidée avec étude documentaire |
|d'activité | |
|Objectifs de |Prendre conscience du rayonnement thermique. |
|l'activité |Exploiter la loi de Wien |
| |Acquérir des notions d'astrophysique. |
|Références par|Cette activité illustre le thème OBSERVER |
|rapport au | |
|programme |et le sous thème Sources de lumière colorées |
| | |
| |en classe de 1ère S |
| |Notions et contenus |Compétences attendues |
| | |Exploiter la loi de Wien, son|
| |Couleurs des corps chauffés |expression étant donnée. |
| |Loi de Wien |Pratiquer une démarche |
| | |expérimentale permettant de |
| | |comprendre la notion de |
| | |lumière colorée. |
|Conditions de |Prérequis : |
|mise en ?uvre |Savoir que la couleur d'une lumière est liée à sa longueur |
| |d'onde dans le vide. |
| |Connaitre les limites du domaine visible. |
| | |
| |Durée : 1h |
| | |
| |Contraintes matérielles : Vidéoprojecteur recommandé. |
|Remarques | |
|Auteur |Olivier CHAUMETTE |Académie de LYON |


FICHE 2
LISTE DU MATÉRIEL


« TEMPERATURE et couleur »


Le matériel nécessaire aux manipulations disposé sur la paillasse du
professeur.

. Une plaque chauffante ou tout dispositif de chauffage devenant
« rouge ».
. Eventuellement un bec bunsen








Le matériel nécessaire aux manipulations disposé sur la paillasse des
élèves.

. Un rhéostat 100 ?
. Une lampe 6V
. Un générateur alternatif 6V
. 3 fils
. Un réseau 140 traits/mm
. Un écran


FICHE 3

Fiche pour le professeur


« TEMPERATURE et couleur »

1. Le rayonnement des corps chauds
Manipulations déjà faites en seconde qui permettent de montrer qu'un corps
chaud rayonne, que son spectre est continu et que plus il est chaud, plus
son spectre d'émission contient de bleu. L'élève doit comprendre que la
notion de lumière colorée est liée à son spectre.

2. Quantifions un peu ces observations : la loi de Wien
Les élèves lisent. Aucune activité dans ce paragraphe.
Les deux paragraphes suivants permettent aux élèves d'utiliser la loi de
Wien.
Parler du corps noir semble hors programme (même s'il est au c?ur de la loi
de Wien !)

3. Application: nous sommes tous des lumières !
Utilisation simple de la loi de Wien.
Les élèves sont amenés à répondre que nous sommes des corps « chauds » donc
nous rayonnons. Nous sommes donc des lumières... mais invisibles. Ils le
prouvent en calculant la longueur d'onde principalement émise.
Ils doivent penser à transformer la température 37°C en Kelvin (300K).
Sinon, on émettrait dans les micro-ondes (pratique pour chauffer le café !)
On obtient une longueur d'onde de l'ordre de 10 µm soit dans l'infrarouge.
Le professeur peut alors développer en parlant d'images infrarouge.

4. Oh Be A Fine Girl Kiss Me ! (ou bien: Oh Be A Fine Guy Kiss Me !)
Application à l'astrophysique et au type spectral des étoiles (avec
ouverture sur la suite du programme où l'on parle de spectre du Soleil)
On fait utiliser aux élèves la loi de Wien. Mais ils se rendent compte que
la couleur d'une étoile n'est pas celle la longueur d'onde principalement
émise.
Ils doivent interpréter cela : Pour la classe O par exemple, ?max = 100 nm
mais le document 2 montre que le spectre d'émission est assez large
(surtout au dessus de ?max) donc malgré le ?max = 100 nm, il y a émission
de lumière visible, principalement à gauche du spectre. D'où la couleur
bleue/violette.
Conclusion :
- la loi de Wien donne ?max et non la couleur d'un corps.
- les élèves calculent la température du ciel avec la loi de Wien : si
?max = 400 nm, alors T = 7500 K (soit 7200°C). Donc le bleu du ciel n'est
pas du à la température du ciel.
Ce calcul permet de faire remarquer aux élèves que la lumière provenant
d'un objet n'est pas nécessairement de nature thermique donc que couleur et
température ne sont pas toujours liées. Un objet peut être bleu, non pas
parce qu'il est très chaud mais parce qu'il ne diffuse que le bleu du
spectre visible.

|CLASSE |TEMPERATURE |Longueur d'onde |COULEUR |Exemple |
| |de surface |principale émise | | |
| | | | |nom |Luminosité |
| | | | | |(soleil : |
| | | | | |1) |
|O |30 000 K |100 nm |Bleue/violet|rares | |
| | | |te | | |
|B |20 000 K |150 nm |Bleutée |Rigel |55 000 |
|A |10 000 K |300 nm |Blanche |Véga |50 |
|F |8 000 K |400 nm |Jaune-clair |Etoile |6 |
| | | | |polaire | |
|G |6000 K |500 nm |Jaune |Soleil |1 |
|K |4 000 K |750 nm |Rouge/orange|Acturus |102 |
|M |3 000 K |1000 nm |Rouge |Antarès |104 |

DOCUMENTS A PROJETER

Allure du spectre pour chaque classe :
|CLASSE | | |
|O |30 000 |[pic] |
| |K | |
|B |15 à |[pic] |
| |20 000 | |
| |K | |
|A |10 000 |[pic] |
| |K | |
|F |7 000 -|[pic] |
| | | |
| |8 000 K| |
|G |5 000 -|[pic] |
| |6000 K | |
|K |4 000 K|[pic] |
|M |3 000 K|[pic] |
| | | |
| | | |


FICHE 4

Fiche ÉlÈve


« TEMPERATURE et couleur »

1. Le rayonnement des corps chauds
1.1. Manipulations et observations :
. Observer simplement une plaque électrique en fonctionnement au bureau du
professeur.
. Réaliser le montage suivant permettant de réaliser le spectre de la
lumière blanche émise par la lampe:
[pic]
Faire varier la position du curseur du rhéostat (qui permet de modifier la
température du filament de l'ampoule de la lampe). Observer la couleur de
la lumière émise et son spectre.

1.2. Interprétation : Conclure en répondant aux questions
suivantes
. Que fait un corps quand on le chauffe ? Qualifier son spectre.
. Quelle est la couleur principalement émise par un corps très chaud ? par
un corps « froid » ?

2. Quantifions un peu ces observations : la loi de Wien

A la fin du XIXème siècle, Max Planck établit la relation entre la longueur
d'onde principalement émise par un corps qui rayonne et sa température. Il
participe ainsi à la naissance de la physique quantique. En 1893, Wilhem
Wien simplifie cette loi et l'exprime sous la forme suivante :


?.T = 3.10-3 m.K

avec ? : longueur d'onde principalement émise par le corps en mètres (m)
T : température du corps en KELVIN (K).


information : le Kelvin est l'unité du système international de la
température.
La température T en Kelvin est reliée à la température ? en °C par la
relation : T = ? + 273,15

3. Application: nous sommes tous des lumières !

La loi de Wien est valable également pour des températures très faibles,
telle que celle d'un être humain.

. Pourquoi « sommes tous des lumières » ?
. Pourquoi ne sommes-nous pa